CN104259685A - 无铅焊料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种无铅焊料及其制备方法，所述焊料的配方为：银0.1%～4.0%、铜0.1%～1.0%、镍0.005%～1.0%、锗0.0%～0.1%、镓0.0%～0.1%、其余为锡。所述的无铅焊料适用于波峰焊SMT组装焊接PCB线路板、热风正平喷锡工艺，由于合金细化、流动性提高，因而浮渣发生极少，具有抗氧化性能和耐热性更加优越的特征。
Description
技术领域
本发明属于焊接所用焊料领域，尤其涉及一种无铅焊料及其制备方法。
背景技术
焊料按熔点温度划分：大于等于450℃的属于硬焊，低于450℃的属于软焊，本专利所叙述的属于软焊类。
无铅焊接的全面导入需要解决很多问题，特别是无铅焊料的产业化。一些主要的电子产品生产国家，在无铅焊接的研究中有积极的行动。日本的无铅化焊接进程最快，美国也在加速无铅化焊接技术的开发与应用。已经实用化的无铅焊料大体上分为三大类别，即高温的Sn．Ag系、Sn．Cu系，中温的Sn．zn系，以及低温的Sn．Bi系等。国际锡研究协会(1TR1)的焊接技术研究部门对已开发的主要无铅焊料进行了综合性能试验比较，其比较结果为Sn．Ag．Cu最好，而且是目前使用最多的主流无铅焊料合金。回流焊焊膏主要采用SnAgCu 合金。而波峰焊采用较多的还是SnCu合金，波峰焊采用99．3Sn一0．7Cu共晶合金系；由于合金没有细化，流动性不高，容易引起浮渣发生多以及抗氧化性能不足。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种浮渣发生极少，具有抗氧化性能和耐热性更加优越的无铅焊料及其制备方法。
本发明无铅焊料，所述焊料的配方如下：
银：0.1%～4.0%
铜：0.1%～1.0%
镍：0.005%～1.0%
锗：0.0%～0.1%
镓：0.0%～0.1%
其余为锡。
具体地，所述焊料的配方如下：
银：0.1%
铜：0.1%
镍：0.005%
其余为锡。
具体地，所述焊料的配方如下：
银： 4.0%
铜： 1.0%
镍： 1.0%
锗： 0.1%
镓： 0.1%
其余为锡。
具体地，所述焊料的配方如下：
银： 3.0%
铜： 0.5%
镍： 0.8.0%
锗： 0.05%
镓： 0.08%
其余为锡。
本发明制备如上述的无铅焊料的方法，所述方法包括步骤如下：
分别制备锡铜二元合金、锡镍二元合金、锡银二元合金、锡锗二元合金、锡镓二元合金；
向熔炉内投入锡升温至450℃±20℃，投放所述的锡铜二元合金、锡镍二元合金、锡银二元合金，搅拌15-20分钟；
静置15-20分钟，降温400℃±20℃，投放锡镓二元合金搅拌5-10分钟；
降温至320℃±20℃，投放锡锗二元合金，搅拌5-10分钟；
静置15-20分，灌注成型得到无铅焊料。
具体地， 锡铜二元合金制备工艺，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入电解镍，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温至900℃±50℃；
灌注成型，得到锡镍二元合金；
其中，锡镍投入比例：95：5，锡含量≥99.9%，电解镍含量≥99.99%。
具体地，锡镍二元合金制备工艺，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入电解镍，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温至900℃±50℃；
灌注成型，得到锡镍二元合金；
其中，锡镍投入比例：95：5，锡含量≥99.9%，电解镍含量≥99.99%。
具体地，锡银二元合金制备工艺，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入银，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温850℃±50℃；
灌注成型，得到锡银二元合金；
其中，锡银投入比例：80:20，锡含量≥99.9%，银含量≥99.99%。
具体地，锡锗二元合金制备工艺，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入锗，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温850℃±50℃；
灌注成型，得到锡锗二元合金；
其中，锡锗投入比例：99:1，锡含量≥99.9%，锗含量≥99.99%。
具体地， 锡镓二元合金制备工艺，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入镓，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟；
灌注成型，得到锡镓二元合金；
其中，锡镓投入比例：25:1，锡含量≥99.9%，镓含量≥99.99%。
有益效果：
本发明无铅焊料适用于波峰焊SMT组装焊接PCB线路板、热风正平喷锡工艺，由于合金细化、流动性提高，因而浮渣发生极少，具有抗氧化性能和耐热性更加优越的特征。
附图说明
图1 是本发明锡铜二元合金制程工艺的流程图；
图2是本发明锡银二元合金制程工艺的流程图图3 是本发明锡铜二元合金制程工艺的流程图；
图4 是本发明锡锗二元合金制程工艺的流程图；
图5 是本发明锡镓二元合金制程工艺的流程图；
图6 是本发明无铅焊料制程工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
本具体实施方式采用以下配方：银0.1%～4.0%、铜0.1%～1.0%、镍0.005%～1.0%、锗0.0%～0.1%、镓0.0%～0.1%、锡补足。
该合金在原锡补足、铜0.7%基础上进行研发，添加Ag、Ni、Ge元素能促使金相结构更加细化，提升该合金的流动性，强化其湿润性；而添加Ga元素则提高合金本身的抗氧化能力与耐热性更优越的特征，减少浮渣量产出。
无铅焊料制作工艺
一、二元合金制程工艺
制作设备
真空熔炉或工频炉，容量＞40Kg 炉温：＞2000 ℃；熔炉（按加热方式可分柴油、和电加热式或其他加热方式），容量＞500Kg
1）锡铜二元合金制程工艺
（1）锡铜投入比例：90：10，锡含量≥99.9%，电解铜含量≥99.99%；
（2）制程工艺如图1所示，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入电解铜，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温至800℃±50℃；
灌注成型，得到锡铜二元合金。
2）锡镍二元合金制作工艺
（1）锡镍投入比例：95：5，锡含量≥99.9%，电解镍含量≥99.99%；
（2）制程工艺如图2所示，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入电解镍，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温至900℃±50℃；
灌注成型，得到锡镍二元合金。
3）锡银二元合金制作工艺
(1)锡银投入比例：80:20，锡含量≥99.9%，银含量≥99.99%；
(2)制程工艺如图3所示，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入银，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温850℃±50℃；
灌注成型，得到锡银二元合金。
4）锡锗二元合金制作工艺
(1)锡锗投入比例：99:1，锡含量≥99.9%，锗含量≥99.99%；
(2)制程工艺，如图4所示，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入锗，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温850℃±50℃；
灌注成型，得到锡锗二元合金。
5）锡镓二元合金制作工艺
(1)锡镓投入比例：25:1，锡含量≥99.9%，镓含量≥99.99%；
(2)制程工艺如图5所示，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入镓，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟；
灌注成型，得到锡镓二元合金。
如图6所示，无铅焊料制作工艺具体步骤如下：
分别制备锡铜二元合金、锡镍二元合金、锡银二元合金、锡锗二元合金、锡镓二元合金；
向熔炉内投入锡升温至450℃±20℃，投放所述的锡铜二元合金、锡镍二元合金、锡银二元合金，搅拌15-20分钟；
静置15-20分钟，降温400℃±20℃，投放锡镓二元合金搅拌5-10分钟；
降温至320℃±20℃，投放锡锗二元合金，搅拌5-10分钟；
静置15-20分，灌注成型得到无铅焊料。
合金制程注意事项
1.多元合金制程中，二元合金的投放量须进行计算。
2.合金制程中注意搅拌时间的控制，搅拌过度易产生锡渣，搅拌时间不够易导致合金均匀性差，形成偏析；
3.静置是合金过程必须，有利于合金的结合、和稳定合金细化；
4.二元合金中贵金属比例不可随意增加，其易导致合金细化不够。
本具体实施方式适用于波峰焊SMT组装焊接PCB线路板、热风正平喷锡工艺，由于合金细化、流动性提高，因而浮渣发生极少，具有抗氧化性能和耐热性更加优越的特征。
对本发明应当理解的是，以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明，凡是在本发明的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种无铅焊料，其特征在于，所述焊料的配方如下：
银：0.1%～4.0%
铜：0.1%～1.0%
镍：0.005%～1.0%
锗：0.0%～0.1%
镓：0.0%～0.1%
其余为锡。
2.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于，所述焊料的配方如下：
银：0.1%
铜：0.1%
镍：0.005%
其余为锡。
3.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于，所述焊料的配方如下：
银： 4.0%
铜： 1.0%
镍： 1.0%
锗： 0.1%
镓： 0.1%
其余为锡。
4.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于，所述焊料的配方如下：
银： 3.0%
铜： 0.5%
镍： 0.8.0%
锗： 0.05%
镓： 0.08%
其余为锡。
5.一种制备如权利要求1所述的无铅焊料的方法，其特征在于：所述方法包括步骤如下：
分别制备锡铜二元合金、锡镍二元合金、锡银二元合金、锡锗二元合金、锡镓二元合金；
向熔炉内投入锡升温至450℃±20℃，投放所述的锡铜二元合金、锡镍二元合金、锡银二元合金，搅拌15-20分钟；
静置15-20分钟，降温400℃±20℃，投放锡镓二元合金搅拌5-10分钟；
降温至320℃±20℃，投放锡锗二元合金，搅拌5-10分钟；
静置15-20分，灌注成型得到无铅焊料。
6.根据权利要求5所述的制备如权利要求1所述的无铅焊料的方法，其特征在于： 锡铜二元合金，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入电解镍，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温至900℃±50℃；
灌注成型，得到锡镍二元合金；
其中，锡镍投入比例：95：5，锡含量≥99.9%，电解镍含量≥99.99%。
7.根据权利要求5所述的制备如权利要求1所述的无铅焊料的方法，其特征在于： 锡镍二元合金，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入电解镍，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温至900℃±50℃；
灌注成型，得到锡镍二元合金；
其中，锡镍投入比例：95：5，锡含量≥99.9%，电解镍含量≥99.99%。
8.根据权利要求5所述的制备如权利要求1所述的无铅焊料的方法，其特征在于：锡银二元合金，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入银，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温850℃±50℃；
灌注成型，得到锡银二元合金；
其中，锡银投入比例：80:20，锡含量≥99.9%，银含量≥99.99%。
9.根据权利要求5所述的制备如权利要求1所述的无铅焊料的方法，其特征在于：锡锗二元合金，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入锗，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟，降温850℃±50℃；
灌注成型，得到锡锗二元合金；
其中，锡锗投入比例：99:1，锡含量≥99.9%，锗含量≥99.99%。
10.根据权利要求5所述的制备如权利要求1所述的无铅焊料的方法，其特征在于： 锡镓二元合金，包括下述步骤：
向真空炉或工频炉内投入锡；
升温至1100℃±50℃，投入镓，搅拌15-20分钟，静置15-20分钟；
灌注成型，得到锡镓二元合金；
其中，锡镓投入比例：25:1，锡含量≥99.9%，镓含量≥99.99%。
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